Начало >> Статьи >> Архивы >> Тело и антитело

Механизм иммунной системы - Тело и антитело

Оглавление
Тело и антитело
Предисловие
Определение науки о самости
Как важно знать, кто вы
Миксина и минога
Наши общие защитные механизмы
Механизм иммунной системы
Иммуноглобулины
Антитела
Лимфоциты
Реакция на антиген
На заре иммунологии
Рождение теории самости
Первые шаги современной иммунологии
Развитие науки
Значение иммунологии
Борьба против рака
Иммунология и воспроизводство
Промахи иммунитета
Аутоиммунитет
Неудачи иммунологии - простуда
Неудачи иммунологии - интерферон
Неудачи иммунологии - малярия
Будущее иммунологии
Иммунология и старение
Феномен усиления и толерантность
Рак, предупреждение беременности, пересадки

Глава 3
Механизм иммунной системы

Все позвоночные, в том числе самые примитивные, реагируют на чужеродные молекулы, вводимые помимо пищеварительного тракта, двумя различными способами. Молекулы, вызывающие эти два типа реакций, должны быть больше определенного размера, то есть являться макромолекулами; в совокупности они называются антигенами. При обоих видах ответа вырабатываются субстанции, способные специфически реагировать с вызывающими ответ антигенами. Первая субстанция — лимфоциты, клетки, обычно присутствующие в крови и лимфатических тканях; у человека их насчитывается в среднем миллион миллионов. Вторая субстанция — антитела, белки, секретируемые в кровь и в тканевые жидкости специализированными клетками, происходящими из лимфоцитов. Антитела составляют фракцию белков плазмы крови, называемую гамма-глобулином, а сами белки получили название иммуноглобулинов.

Это строгое определение иммунной реактивности ясно и точно вводит ряд специальных терминов и понятий. Оно принадлежит видному иммунологу д-ру Хэмфри и приводится в «Ежегодном докладе» Британского совета медицинских исследований за 1969 год 1 .
Как видно из первого важного положения этого определения, существуют две реакции на вторжение инородных тел.
Одна из них протекает на молекулярном уровне и выражается в производстве химических молекул, называемых антителами, причем, что чрезвычайно важно, для каждого вида вторгшихся организмов или частиц должны вырабатываться свои антитела. Строго говоря, антитела специфичны по отношению к антигенам.
Другая реакция происходит на более высоком уровне организации — на клеточном уровне. В результате введения в организм какого-либо антигена вырабатывается большое количество новых клеток. Они также специфичны по отношению к антигенам и при обычной инфекции могут вызывать производство множества необходимых антител. Более того, когда атака отбита и антитела уже исчезли из организма, некоторые из этих клеток продолжают циркулировать и каким-то образом обеспечивают иммунитет против повторного нападения того же агрессора. Они «запоминают» форму вторгшегося антигена и поэтому могут вновь очень быстро активизировать нужные защитные антитела.
Однако на уровне клеток имеется еще один важный иммунный механизм. Он называется «клеточным иммунитетом» и, как полагают, является ведущим механизмом при отторжении пересаженных тканей и некоторых видах аллергии. В нем участвуют клетки того же типа, но они не производят антитела, а реагируют сами, как целые клетки. Разгадка клеточного иммунитета в настоящее время сильнее всего волнует иммунологов и ставит перед ними наиболее трудные проблемы.

Во всех перечисленных механизмах участвуют лимфоциты — маленькие, простые с виду клетки белой крови. Основная часть их массы приходится на ядро, содержащее генетический материал. Вокруг него виден очень компактный клеточный аппарат: небольшое количество студнеобразного вещества, называемого цитоплазмой, и клеточная оболочка. Это так называемые малые лимфоциты; они составляют большинство из того количества, которое упоминается в определении Хэмфри. Существуют и «большие лимфоциты», функция которых является предметом ведущихся в настоящее время иммунологических исследований (откровенно говоря, такая формулировка — деликатное признание в том, что никто хорошенько не знает, чем и как занимаются иммунологи). До самого последнего времени функция малых лимфоцитов оставалась загадкой для медицины. Предполагалось, что они участвуют в иммунных процессах, но ясного подтверждения этому не было вплоть до последнего десятилетия, когда Гоуэнс осуществил свои опыты по выкачиванию большинства лимфоцитов из организма (подробнее об этих экспериментах см. ниже).
Лимфоциты получили свое название потому, что находятся главным образом в лимфатических тканях («-цит» — родовой суффикс слов, обозначающих клетки). Всем известно, что такое кровеносная система, но, быть может, стоит объяснить, что лимфатическая система тоже распространена по всему организму, только ее сосуды гораздо мельче, а их содержимое не совершает круговорота под давлением. Лимфатическая система больше похожа на дренажную, чем на подводящую: все периферические области организма «дренируются» крошечными канальцами, содержащими бесцветную жидкость — лимфу. Канальцы собираются в лимфатические узлы — очень маленькие железы, которые часто увеличиваются при инфекциях. Увеличение лимфатических узлов в определенных местах — за ушами или под челюстью — является классическим симптомом некоторых распространенных инфекций, например краснухи и свинки. В лимфатическую систему входят довольно крупные органы, такие, как тимус и селезенка, и в конечном счете она связана с кровотоком. Термин «органы» в применении к тимусу (вилочковой железе), селезенке и таинственным пейеровым бляшкам кишечника, возможно, несколько сбивает с толку, так как правильнее было бы назвать их не органами в том смысле, какой мы имеем в виду, говоря о печени или почках, а скоплениями лимфатической ткани. Функция этих лимфатических тканей объяснена и понята отнюдь не до конца, но по крайней мере о деятельности вилочковой железы мы теперь знаем немало.

Антиген и антитело

Для борьбы с вторжением инородного организма наш организм вырабатывает антитела, специфически предназначенные против данного пришельца, которого мы назвали «антигеном». Этим же словом мы описываем свойства поверхности или внешней структуры пришельца, позволяющие опознать его как такового, то есть как нечто «несвое».
В начале этой главы мы говорили, что иммунные реакции вызываются молекулами, превышающими определенный размер, — макромолекулами (очень крупными молекулами). Все живые существа состоят из макромолекул; бывают макромолекулы, не входящие в состав живой материи, но нет живой материи, которая не состояла бы из макромолекул. Отличие, поскольку речь идет об иммунной системе, заключается в том, что при введении в организм неорганических частиц — мелко истолченного талька или угля — эти крупные, но имеющие простое строение молекулы уносятся фагоцитами и выводятся из организма. Крупные же молекулы, составляющие живую материю, обычно состоят из длинных цепей субъединиц с прикрепленными к ним малыми побочными цепями и сплетаются в весьма сложные трехмерные структуры. На них имеются выемки и выступы, нередко оказывающиеся теми участками, которые каким-то образом особенно активно взаимодействуют с внешним миром, и тем самым молекула получает возможность легче соединяться с другими столь же сложными субстанциями. Среди впадин и выпуклостей могут иметься области, где, по-видимому, концентрируются электрические заряды; они привлекают другую молекулу с противоположным электрическим потенциалом в какой-то точке.
До сих пор это сложное устройство не изучено сколько-нибудь подробно. Полные описания макромолекул — нечто большее, чем простой химический анализ, то есть перечисление всех атомов и субъединиц молекулы. Они дают трехмерную структуру молекулы и позволяют ученым гораздо глубже понять и зрительно представить себе механизм ее работы. Пока полностью описаны лишь пять-шесть ферментов и несколько других важных макромолекул, в частности гемоглобин, так что наши познания о строении макромолекулярного мира крайне ограниченны.
Но при рассмотрении на молекулярном уровне живой материи, состоящей из макромолекул, мы вполне можем оценить ее «структурность». Сравнительно нетрудно представить себе различия в структурах вторгающихся организмов, которые позволяют их распознать. Мы можем также зримо представить, что антитело, само являющееся макромолекулой, построено таким образом, чтобы легко соединяться с проникшим антигеном: у антитела должен быть выступ, соответствующий выемке у антигена, либо выемка с отрицательным зарядом, в которую устремляется положительно заряженный выступ антигена.
Говоря о живой материи и вторгающихся организмах, следует подчеркнуть, что антитела могут образоваться против любых макромолекул. Это значит, что можно сформировать антитела не только против вторгшегося организма, но и против его частей, против выделяемых им ядов (например, токсина дифтерийной бациллы) или же против отдельных органических веществ, изготовленных в лаборатории, если их молекулы достаточно велики. (Последнее важно для исследователя, пытающегося разобраться в бесконечно сложных механизмах миллионов клеток и антител, имеющихся в организме животного.)
Каждая клетка и каждое важное химическое вещество всех живых организмов может быть антигеном, поскольку у них должна быть какая-то структура. Бактерии оказываются антигенами по отношению к моему организму, а клетки или ферменты моего организма оказываются антигенами по отношению к рыбе, к моей собаке или к вам. Труднее представить себе, каким образом поверхностная структура клетки моей печени может отличаться от вашей лишь потому, что нуклеиновые кислоты внутри моих клеток устроены чуть иначе, чем у вас. Но, поскольку я наверняка отторг бы пересаженную от вас печень, должна существовать какая-то существенная разница, какое-то внешнее выражение генетических различий между нами. Учитывая необычайную сложность макромолекул и их спиралеобразных структур, вполне можно представить себе мелкие различия в их устройстве или очертаниях.
Организм реагирует на появление чужой макромолекулы (или организма — комбинации макромолекул) производством антител, имеющих такую форму и такой электрический заряд, чтобы они физически связывались с антигенами пришельца. Это связывание антител с антигенами, их физическое соединение друг с другом — основной прием, посредством которого организм нейтрализует пришельцев. Оно преследует четыре основные цели.

  1. Антитела агглютинируют антигены. Это значит, что антитело собирает множество вторгшихся организмов в сгустки, так что они уже не могут распространяться по организму и размножаться. Антитело способно это сделать, ибо обладает цепеобразной формой по меньшей мере с двумя «центрами соединения» на каждой цепи; иногда имеется до десяти таких «центров соединения», связанных друг с другом. Их устройство соответствует особенностям данного антигена.
  2. При вторжении бактерий так называемого «грам-отрицательного» типа связывание антитела с вторгшимся организмом позволяет одному из компонентов крови, именуемому комплементом (это вещество состоит из девяти частей), пробить отверстие в клеточной оболочке этого организма и таким образом уничтожить его. (Этот процесс называется «лизисом», то есть растворением.)
  3. Соединяясь с антигеном, антитело облегчает поглощение вторгшихся организмов фагоцитами. Каким образом это достигается, неизвестно, но предполагают, что поверхность вторгшегося организма делается более «притягательной» и «приятной» для фагоцитов. Судя по всему, присутствие антитела ускоряет процесс фагоцитоза (поедания); он идет еще быстрее при наличии первых четырех частей комплемента.
  4. Взаимодействуя с неклеточными «захватчиками», такими, как вирусы, токсины (яды) или ферменты, которые вырабатываются вторгшимися организмами, связывающее антитело, по-видимому, буквально нейтрализует их или нарушает их деятельность, физически покрывая активные участки. Так, считают, что у некоторых вирусов имеются торчащие «шипы» для разрыва стенок тех клеток организма, в которые они пытаются проникнуть. На фотографиях, сделанных под электронным микроскопом, иногда ясно видно, как антитела связываются с этими шипами и, очевидно, не позволяют им проткнуть клеточные стенки.

 

Таковы способы действия антител. В принципе для каждого данного типа вторгающихся организмов вырабатываются специфические антитела, однако на практике все обстоит сложнее, ибо случаются и «перекрестные реакции». Одна из причин этого заключается в следующем: вторгающийся организм вполне может иметь более одной «антигенной детерминанты». Очевидно, поверхности клеток различных типов бактерий в общих чертах сходны. На них могут быть очень похожие, практически идентичные выступы и выемки. Это позволяет антителу против бактерии одного типа связываться с бактерией другого типа, несмотря на то что соответствие в центре соединения далеко не полное. Аналогично антитела двух различных типов вполне могут связываться с одним и тем же вторгшимся организмом. Для количественной характеристики скорости, частоты и эффективности связывания антител и антигенов иммунологи пользуются понятиями «аффинитет» (сродство) и «жадность». Эти термины широко применяются при обсуждении и толковании экспериментальных результатов, но подобные тонкости никак не затрагивают основополагающих понятий.
О существовании антител было известно давно. Еще на заре иммунологии, когда эта наука занималась главным образом изготовлением вакцин против инфекционных заболеваний, антитела удавалось обнаружить и даже, в известном смысле, увидеть, смешивая иммунную сыворотку крови 2 с микроорганизмами — возбудителями заболевания; при этом сгустки бактерий, агглютинированных антителами, выпадали в осадок.


1 Humphrey J. D., in Annual Report of the Medical Research Council of Great Britain, 1969, p. 60.

2 Сыворотка — светло-желтая полупрозрачная жидкость, которая остается после освобождения крови от фибрина и форменных элементов и в которой содержатся циркулирующие антитела; сыворотку, содержащую, скажем, антитела против бацилл дифтерии, называют для краткости дифтерийной антисывороткой.



 
« Субклинические гипотиреоидные состояния и их оценка   Тениаты - ленточные гельминты »